第8章功率放大电路与直流稳压电源第2讲

直流稳压电源•电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。•整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。•滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4•稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。整流电路滤波电路稳压电路整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo8.2线性直流电源直流电源的组成：常见的小功率整流电路有：单相半波整流，全波整流，桥式整流等。把交流电压转变为直流脉动的电压。整流电路分类：整流电路的任务：8.2.1整流电路为分析方便，假设所用元件为理想元件。整流二极管的伏安特性：实际特性理想化特性正向导通电压为0，正向电阻为0。1.单相半波整流电路（1）工作原理u2的正半周，D导通，A→D→RL→B，uO=u2。2u2uu2的负半周，D截止，承受反向电压，为u2；uO=0。（2）主要参数在研究整流电路时，至少应考查整流电路输出电压平均值（UO（AV））和输出电流平均值（IL（AV））两项指标。已知变压器副边电压有效值为U2)(sin22120O(AV)ttdUUππL2LO(AV)L(AV)450RU.RUI22O(AV)4502U.UUπL2L(AV)D(AV)450RU.II2R2UUmax2RL2F21145011U.URU..I考虑到电网电压波动范围为±10％，二极管的极限参数应满足：（3）二极管的选择例：在图示整流电路中，已知电网电压波动范围是±10%，变压器副边电压有效值U2=30V，负载电阻RL=100Ω，试问:1.负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少？2.二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平均值各为多少？3.若不小心将输出端短路，则会出现什么现象？2.单相桥式整流电路u1u2TD3D2D1D4RLuo组成：由四个二极管组成桥路RLD1D3D2D4u2uou2uo+–u1u2TD3D2D1D4RLuou2正半周时电流通路：D1、D4导通，D2、D3截止AB-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2负半周时电流通路：D2、D3导通，D1、D4截止ABu20时D1,D4导通D2,D3截止电流通路:aD1RLD4bu20时D2,D3导通D1,D4截止电流通路:bD2RLD4a单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形u2D3D2D1D4RLuoabu2ttuD2,uD3uD1,uD4tuo输出是脉动的直流参数计算：全波整流时，负载电压的平均值Uo(AV)为:负载上的(平均)电流:(1)整流输出电压的平均值Uo(AV)uo20t2220)(9.022)(21UUtduUoAVOLLOAVORURUI2)(9.0平均电流(ID(AV)与反向峰值电压(URM)是选择整流管的主要依据。22UURM在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流ID(AV)是负载平均电流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压：(2)二极管平均电流与反向峰值电压LAVOAVDRUII2)()(45.021例：在图示整流电路中，已知电网电压波动范围是±10%，变压器副边电压有效值U2=30V，负载电阻RL=100Ω，试问:1.负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少？2.二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平均值各为多少？3.若整流桥中的二极管D1开路或短路，分别会产生什么现象？u1u2TD3D2D1D4RLuo讨论1：若单相半波整流电路中的二极管接反，则将产生什么现象？讨论2：若单相桥式电路中若有一只二极管接反，则将产生什么现象？8.2.2滤波电路交流电压脉动直流电压整流滤波直流电压滤波的方法一般采用无源元件电容或电感，利用其对电压、电流的储能特性达到滤波的目的。滤波电路：将脉动直流电压转变成平滑的直流电压。1.电容滤波电路结构特点：电容与负载RL并联。滤波原理：利用储能元件电容两端的电压不能突变的特性，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。a桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot无滤波电容时的波形加入滤波电容时的波形uotu2上升,u2大于电容上的电压uc,u2对电容充电，uo=ucu2u2下降，u2小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。电容C通过RL放电，uc按指数规律下降，时间常数=RLCC越大，RL越大，τ放电将越大，曲线越平滑，脉动越小。内阻使2Ouu二极管的导通角导通角的峰值脉动放电DO(AV)LiURC无滤波电容时θ＝π。有滤波电容时θπ，且二极管平均电流增大，故其峰值很大！θ小到一定程度，难于选择二极管！电容滤波的特点（1）二极管的导通角θπ，流过二极管的瞬时电流很大。（2）负载直流平均电压UO(AV)升高。τd＝RLC越大，UO(AV)越高。（3）直流电压UO(AV)随负载电流升高而减小。当τd≥（3～5）T/2时，RLC越大，UO(AV)＝1.2U2。时，～当2O(AV)L21253U.UT)(CR。的耐压值应大于2211U.C简单易行，UO（AV）高，C足够大时交流分量较小；不适于大电流负载。电容的选择及UO（AV）的估算若负载开路UO（AV）＝？优缺点思考：当RL未接入时，输出电压如何？(电容初始电压为0)u2tuot设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束没有电容时的输出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucuo=uc=U22τc=RintC（Rint为充电回路等效电阻）2.电感滤波电路当回路电流减小时，感生电动势的方向阻止电流的减小，从而增大二极管的导通角。电感对直流分量的电抗为线圈电阻，对交流分量的感抗为ωL。2LLD(AV)LLO(AV)90U.RRRURRRU直流分量：dLd22LLO(AC)(uLRu)LRRu交流分量：交流分量O(AV)LULR适于大电流负载！3.复式滤波电路为获得更好的滤波效果，可采用复式滤波电路。电感应与负载串联，电容应与负载并联。讨论一已知变压器副边电压有效值为10V，电容足够大，判断下列情况下输出电压平均值UO（AV）≈？1.正常工作；2.C开路；3.RL开路；4.D1和C同时开路。讨论二整流电路如图所示，分别求解下列两种情况下输出电压的波形和平均值、整流二极管的最大整流电流和最高反向工作电压。1.变压器副边电压有效值U21＝U22＝20V；2.U21＝22V、U22＝22V。8.2.3串联型稳压电路•为克服稳压管稳压电路输出电流较小,输出电压不可调的缺点。引入串联型稳压电路。稳压电路的作用:交流电压脉动直流电压整流滤波有波纹的直流电压稳压直流电压稳压电源类型:以下主要讨论线性稳压电路。稳压管稳压电路开关型稳压电路线性稳压电路常用稳压电路(小功率设备)电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。8.2.3串联型稳压电路1.稳压电路的主要性能指标(1)稳压系数S（越小越好）稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。IIooUUUUS(2)输出电阻Ro（越小越好）输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。一般可以将串联式稳压电路分成由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。T+_UIUO比较放大基准取样URFUO+_C2RL调整元件+–+–2.串联反馈式稳压电路T+_UIUO比较放大基准取样URFUO+_C2RL调整元件+–+–调整元件T：与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。比较放大器：可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压UO的一部分和基准电压相比较。T+_UIUO比较放大基准取样URFUO+_C2RL调整元件+–+–因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路。T1调整管R3、T2比较放大R1、RW、R2采样电阻R、UZ基准电压(2)一种实际的串联式稳压电源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2稳压原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2（UB1）Uo当UI增加或输出电流减小使Uo升高时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2（UB1）(3)输出电压的确定和调节范围R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2Z2WW21OURRRRRUZ2WW21minOURRRRRUZ2W21maxOURRRRU例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求输出电压的调节范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU4=6V4.74.74.74.74.7221ZWOmaxURRRRU4=12V4.74.74.74.7(4)调整管的选择CMCEO)BR(CMPUIR3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2(5)影响稳压特性的主要因素2.流过稳压管的电压随UI波动，使UZ不稳定，降低了稳压精度。1.电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：UIVC2UoR3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB23.温度变化时，T2组成的放大电路产生零点漂移时，输出电压的稳定度变差。(6)改进措施1.选用差动放大器或运放构成的放大器代替T2管构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。调整管为核心元件，与选用一般大功率管的原则相同，应考虑其极限参数ICM、U(BR)CEO、PCM~220VRL+-Uo-+ATRDZR1RwR22.采用辅助电源(比较放大部分的电源)。3.用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。4.调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。串联反馈式稳压电路UITR1R2UFRLUoAV+-RWRUZ(5)实际的稳压电源采取的改进措施1.比较放大级采用差动放大器或集成运放2.调整管采用复合三极管3.采用辅助电源(比较放大部分的电源)4.用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益5.内部加短路和过热保护电路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成稳压电源三端集成稳压器:(1)概述将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。它的电路符号见图a，外形如图b所示。a.集成稳压器符号要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。b.外形图照片分类：可调式三端集成稳压器负稳压W79xx固定式正稳压W78xx注：型号后xx两位数字代表输出电压值特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉内部电路：串联型晶体管稳压电路命名规则固定式三端集成稳压器有正稳压（如W78xx）和负稳压（如W79xx）两个系列。每个系列按最大输出电流不同可分为三种：W78（79）xx：IOMAX=1.5AW78（79）Mxx：IOMAX=0.5AW78（79）Lxx：IOMAX=0.1A“xx”表示输出固定电压值，一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8种。1端:输入端2端:公共端3端:输出端W7800系列稳压器外形及接线图123+_W7805UI+_Uo132CI0.1~1FCo1µF+10V+5